Science | 吳皓等揭示HDAC6介導(dǎo)的特異性炎癥小體激活新機制
炎癥小體 （Inflammasome） 是在免疫監(jiān)測中發(fā)揮關(guān)鍵作用的超分子復(fù)合物 （Supramolecular complexs） 。炎癥性caspases的激活可導(dǎo)致白細(xì)胞介素1β （IL-1β） 的蛋白成熟和焦亡。炎癥小體活動異常與許多人類疾病有關(guān)，包括遺傳性自身炎癥綜合征和痛風(fēng)、糖尿病、動脈粥樣硬化、阿爾茨海默病和結(jié)直腸癌等疾病 【1】 。NLRP3 （Nucleotide-binding domain, leucine-rich repeat, and pyrin domain-containing protein 3） 會被細(xì)菌毒素尼日利亞菌素、細(xì)胞外ATP以及多種微粒比如尿酸鈉晶體、明礬、硅顆粒以及淀粉樣蛋白等激活，而pyrin炎癥小體可以被艱難梭狀芽胞桿菌毒素B的Rho-葡糖基化活性激活。炎癥小體激活的重要標(biāo)志是形成單個超分子點狀聚集 （Supramolecular punctum） 或者說斑點 （Speck） 。 但是目前為止斑點的位置以及蛋白運輸還的具體機制還不得而知。 近日，美國哈佛醫(yī)學(xué)院吳皓 研究組、密歇根大學(xué)Yongqing Li 研究組以及Venkat Giri Magupalli 、Roberto Negro 合作在Science HDAC6 mediates an aggresome-like mechanism for NLRP3 and pyrin inflammasome activation ， 揭開了NLRP3與pyrin炎癥小體激活過程中炎癥小體斑點的具體形成與調(diào)控機制。 先前有研究發(fā)現(xiàn)在許多炎癥小體激活的細(xì)胞中，炎癥小體被組裝存在于單一的核周圍斑點 【2】 。在真核細(xì)胞中，中心體也是微管組織中心 (Microtubule-organizing center，MTOC) 其同樣也是位于核周圍并呈點狀。為此，作者們在表達NLRP3以及其他炎癥小體組分的細(xì)胞系中進行脂多糖、尿酸鈉以及尼日利亞菌素的處理，對NLRP3以及NLRP3激活后招募的caspase-1招募蛋白ASC的定位與中心體標(biāo)記物的定位進行檢測 （圖1） 。除了NLRP3以及ASC，IL-1β也會共同定位在炎癥小體斑點處。另外，作者們發(fā)現(xiàn)caspase-1通過二聚化在炎癥小體位點處首次被激活，隨后在切割后被釋放到胞質(zhì)之中。因此，NLRP3在微管組織中心處形成的炎癥小體可能會作為caspase-1激活以及IL-1轉(zhuǎn)換的主要位點。 通過活體細(xì)胞成像的實驗，作者們進一步確認(rèn)了NLRP3位于MTOC處的炎癥小體會招募pro-caspase-1以及pro-IL-1β進行加工和激活。而且，在一些細(xì)胞中作者們發(fā)現(xiàn)了炎癥小體斑點信號存在一些與微管染色相吻合的信號，說明炎癥小體復(fù)合物會通過微管網(wǎng)絡(luò)進行物質(zhì)運輸。 圖1 不同刺激促進細(xì)胞產(chǎn)生炎癥小體與微管組織中心的共同定位情況 由于泛素蛋白酶體途徑無法有效降解泛素化蛋白聚集物，清除泛素化蛋白聚集物的一種主要細(xì)胞機制需要動力蛋白適配因子和α-微管蛋白去乙?；窰DAC6的逆行運輸，在MTOC形成聚集體并通過自噬對蛋白聚集物進行降解 【3,4】 。為此，作者們希望對HDAC6以及微管逆行運輸抑制對NLRP3功能的影響進行檢測，作者們發(fā)現(xiàn)微管動力蛋白機器以及HDAC6適配因子對于NLRP3炎癥小體的激活均非常關(guān)鍵，但此過程并不依賴于α-微管蛋白的乙?；?/span> 既然HDAC6對于NLRP3炎癥小體的激活非常關(guān)鍵，作者們想知道究竟是HDAC6蛋白中哪一個結(jié)構(gòu)域在發(fā)揮關(guān)鍵作用。為此，作者們構(gòu)建了Hdac6-/6- 的細(xì)胞系，并分別用野生型的HDAC6 以及去乙?；复呋蛔凅w進行回補實驗。作者們驚奇地發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體的激活并不依賴于HDAC6的去乙?；富钚浴?/strong>先前有研究表明HDAC6的C-端包含一個鋅指結(jié)構(gòu)域?qū)τ诜核氐鞍紫嗷プ饔梅浅Ｖ匾?/span>【5】 。作者們在泛素結(jié)合結(jié)構(gòu)域中引入突變進行回補實驗檢測后發(fā)現(xiàn)，HDAC6的泛素結(jié)合結(jié)構(gòu)域?qū)τ贜LRP3炎癥小體具有關(guān)鍵作用 。另外，HDAC6功能缺失會抑制NLRP3以及pyrin炎癥小體的激活，該抑制作用是非常特異的，對于AIM2、NLRC4以及其他非經(jīng)典驗證小體沒有太明顯的影響 （圖2） 。 圖2 HDAC6特異性地影響定位與MTOC處的炎癥小體中caspase的激活 進一步地，作者們希望對HDAC6在體內(nèi)的功能進行鑒定。為此，作者建立了一個脂多糖誘導(dǎo)的內(nèi)毒素休克小鼠模型。在該模型中，Hdac6-/- 與野生型小鼠相比，IL-1β等分泌明顯降低，說明HDAC6在體內(nèi)對于NLRP3炎癥小體的激活也是非常重要的。隨后，作者們對另外一個NLRP3的直接激活模型檢測，使用NLRP3刺激物尿酸鈉對小鼠進行處理，在體內(nèi)誘發(fā)腹膜炎。通過白介素分泌、中性粒細(xì)胞的數(shù)目等數(shù)據(jù)再次證明了HDAC6在NLRP3炎癥小體激活中的關(guān)鍵作用。 總的來說， 該工作發(fā)現(xiàn)NLRP3以及pyrin炎癥小體會在中心體也就是微管組織中心處進行組裝，作為capase-1以及IL-1β的主要激活位點發(fā)揮作用。而動力蛋白適配因子組蛋白去乙?；窰DAC6對于該類型的炎癥小體的組裝和激活在體內(nèi)和體外均證明具有關(guān)鍵性作用。而且，HDAC6中起到關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用的并非HDAC6的去乙?；富钚远瞧浞核亟Y(jié)合結(jié)構(gòu)域。因此，該工作揭開了一條特異性調(diào)節(jié)NLRP3與pyrin炎癥小體的信號通路。 https://science.sciencemag.org/content/369/6510/eaas8995 1. Lamkanfi, M. & Dixit, V. M. Mechanisms and functions of inflammasomes. Cell 2. Hornung, V. et al. AIM2 recognizes cytosolic dsDNA and forms a caspase-1-activating inflammasome with ASC. Nature 3. Kawaguchi, Y. et al. The deacetylase HDAC6 regulates aggresome formation and cell viability in response to misfolded protein stress. Cell 4. Pandey, U. B. et al. HDAC6 rescues neurodegeneration and provides an essential link between autophagy and the UPS. Nature 5. Ouyang, H. et al. Protein aggregates are recruited to aggresome by histone deacetylase 6 via unanchored ubiquitin C termini. The Journal of biological chemistry
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